冬季空气先冷却湖面。普通液体通常越冷密度越大，冷水应下沉；淡水却在约4℃达到最大密度。秋冬之交，表层水从较高温度降到4℃时会下沉，湖水上下混合。等整片湖接近4℃后，表面若继续降温到3℃、2℃，密度反而减小，于是不再沉向湖底，而是留在上方，直到0℃附近结冰。
冰的晶体结构比液态水疏松，同样质量占据更大体积，所以密度较小，形成后浮在水面。冰层还像一道热阻，减慢下方湖水向冷空气散热。于是湖面可以封冻，较深处仍保持液态；这不是冰主动“保温”，而是热量穿过冰层需要时间。
这个解释适用于典型淡水湖的基本过程，不是一条忽略环境的绝对规律。风会搅拌水体，湖深、流动、盐分和降温速度都会改变结冰位置与时间。中心判断是：湖水从上方结冰，并非只因冷空气在上面，而是表面冷却、水在4℃附近的反常密度变化、冰会浮起以及后续传热共同造成的结果。
https://www.wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/12/05/why-does-ice-form-on-the-top-of-a-lake/
https://courses.ems.psu.edu/earth111/node/842
https://seagrant.umn.edu/news-info/featured-stories/lake-river-ice-formation-classification
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